海上风电吸力式导管架施工效率提升创新与应用.pdf

年第 期 水电与新能源 第 卷.:././.收稿日期:作者简介:温忠徳男工程师主要从事海上风电项目建设管理研究海上风电吸力式导管架施工效率提升创新与应用温忠徳张 鹏(三峡能源福州海峡发电有限公司福建 福州)摘要:长乐 区海上风电场作为国内首个水深超、离岸距离超过 的海上风电场大规模采用三筒吸力式导管架作为海上风电风机基础对三筒吸力式导管架施工工艺进行创新与实践提高了施工工效降低了作业风险丰富了海上风电领域吸力式导管架的施工经验可供海上风电吸力式导管架基础应用提供参考关键词:海上风电吸力式导管架施工技术中图分类号:文献标志码:文章编号:():(.().):.:我国海上风电具有靠近用电负荷中心、不占用土地、风速大、利用时间长和风能资源稳定等优势、是目前国内新能源领域发展的主要目前主要的发展方向 我国已迈入“十四五”发展新征程大力发展海上风电是构建新型电力系统以及实现碳达峰、碳中和目标的必然选择 海上风电趋势呈现近海到远海、浅水到深水的趋势“双(水深、离岸距离)环境条件下海上风电建设工程技术”成为当前海上风电行业研究热点 长乐 区项目作为国内首次“双”海上风电场大胆创新应用三筒吸力式导管架风机基础而三筒吸力式导管架基础作为当前最先进、最具潜力的一种风机基础 在此之前国内与其相关的施工工艺并不成熟长乐 项目通过对三筒吸力式导管架施工进行探索与实践保证了长乐 项目在施工工期内安全、高效地完成也对未来海上风电深远海工程提供可靠借鉴 工程概况长乐外海海上风电场 区项目位于福建省福州市长乐区东部海域、闽江口南岸场址距离长乐海岸线 处理论水深 规划场址面积.中心离岸距离 理论水深 规划装机容量为 作为国内首个“双”(水深超 、离岸距离超过 )的海上风电场其所处的海洋环境和地质条件极为复杂、恶劣(年平均风速达./浪高涌长)该条件下的海上风电施工及管理在国内是史无前例的长乐外海海上风电场 区项目(场址示意图见图)共布置 台风力发电机组其中四桩导管架风机基础 台三筒吸力式导管架 台项目配套建设水 电 与 新 能 源 年第 期 座 预装组合式海上升压站和 座 陆上集控中心集电线路通过 回 海缆接入海上升压站升压至 后经 回 海缆接入 陆上集控中心最后通过 回 送出线路接入福建省电网图 长乐 区风电场场址示意图 工程环境条件项目场址位于福建省东部沿海、闽江口南岸海底地形单一平缓总体呈西高东低海底地形比降约为.场区平均水深超过 、离岸距离超过 加之台湾海峡狭管效应和台风过境影响海洋气象环境十分恶劣场区 年一遇 达.高 年一遇极大风速./表层最大设计流速达./、底层最大设计流速达 /极为恶劣的环境导致风机基础设计所受外部荷载相较于以往风机基础大幅增加从而使得风机基础体型设计尺寸也相应增大对风机基础设计、施工、投资控制均产生不利影响场区覆盖层厚度变化巨大表层软土厚度在 左右基岩埋深最小为 最大超过 且场区海域天气海况较近海风电场更为恶劣大风大浪的天气占全年一半以上加上台风过境施工窗口期严重短缺现场涌长波高对船机要求极高深水导管架基础是深远海海上风电的不错选择吸力式导管架基础具有无需嵌岩、沉贯安装便捷且快速的独特优势针对水深情况、风浪流等极端恶劣的环境条件以及施工、投资等方面因素结合国内外工程经验吸力式导管架具有更强的适用性和有效性 三筒吸力式导管架吸力式基础脱胎于吸力锚进入 世纪 年代人们开始将负压桩作为平台的基础 年 月挪威国家石油公司在北海水深 的地方成功安装了/筒形基础平台这是世界上第一座吸力式基础平台标志着吸力式筒形基础的成功 我国首座吸力式基础采油平台于 年 月在胜利油田埕北 井组顺利安装成功这标志着我国吸力式基础平台在浅海进入实用阶段 近年来吸力式基础也随着清洁能源的迅猛发展应用于海上风电工程但是吸力式基础在海上风电的应用仍属起步阶段 年三峡江苏大丰海上风电首次安装了 台复合筒基础为海上风电领域的先行者 年中船重连庄河期 海上风电项目应用 台四筒吸力式导管架基础 长乐 区海上风电场在双“四十”条件下大规模应用三筒吸力式导管架基础国内尚属首次长乐 区项目所用的三筒吸力式导管架基础使用年限为 年防腐设计年限为 年结构主要包括导管架主体结构、吊耳结构、吸力筒结构、过渡段结构、海缆保护管结构、基础顶法兰、内外平台、靠船构件、爬梯、灌浆系统结构、基础监测系统和外加电流保护系统导管架主体结构均采用船用钢板 型钢节点和变截面钢管采用 型钢附属构件采用、钢材等 每个主导管架腿导管架底部钢管通过过渡段与筒型基础顶盖相连 三筒吸力式导管架基础筒基采用钢制筒筒基为直筒结构筒顶盖直径.壁厚 筒顶盖考虑局部加强吸力桩高度 入土深度.如图 所示图 三筒吸力式导管架结构图温忠徳等:海上风电吸力式导管架施工效率提升创新与应用 年 月长乐 区项目吸力式导管架总体高度为 总重量为 导管架吸力桩中心间距 导管架顶边长 (含外平台)是目前海上风电领域实施的水深最深、高度最高、吸力桩最长的吸力式导管架 施工难点)吸力式导管架高度高尺寸大对船机的吊高和吊重要求高适用的船机设备极少)项目施工海域风大浪高适合吸力式导管架整体吊装施工的作业窗口期短)锚系船舶抛锚定位用时长占用窗口期比重大且受涌浪作用影响大)吸力式导管架起吊定位时传统 定位延迟高定位精度较难控制)导管架沉贯和灌浆时需要安排潜水员入水观察入泥和溢浆情况具有较大风险 施工创新与实践由于长乐 项目复杂恶劣的海况条件外加多变的台风气候需要设计更加高效安全的施工方案才能保证在有限的窗口期内实现更高效的施工三筒吸力式导管架整体施工流程如图 所示图 整体施工流程长乐 区项目团队通过一系列施工工艺改进不仅实现了三天完成 个吸力式导管架沉贯的超级速度还降低了海上施工的作业风险主要创新点如下:)在导管架运输阶段针对数量众多的三筒吸力式导管架短暂的施工窗口期采用一航次多套导管架运输方式一艘船可运输多达 个导管架大幅减少导管架运输次数减少导管架运输航行耗时实现短期施工窗口期内连续作业避免浪费宝贵的施工窗口)在船舶定位阶段设计锚系起重船系泊方案“”字形定位和“一”字形定位同时为防止起重船与交通船锚绳之间相互冲突按照制定的抛锚方案精确计算各锚点坐标锚艇作业过程需严格按照锚点作业下锚 同时创新引用具有 系统的大型起重船用于基础吊装施工减少了海上抛锚定位和导管架起吊之后绞锚的时间提升导管架起吊和定位的施工效率“”字形定位和“一”字形定位如图、图 所示图 “”字型定位图图 “一”字型定位)在导管架定位阶段采用“测量平台”实时监控代替 定位 在导管架顶平台预装 台 和 台倾角仪测量数据实时传输至“测量平台”图 是“测量平台”接收测量数据后在手机水 电 与 新 能 源 年第 期上实时显示的导管架坐标、与设计坐标偏差及导管架示意图黄色部分为吸力式导管架三个吸力桩的设计沉放位置指挥人员在后台根据实时显示的偏差数据指挥起重船绞锚调整导管架平面位置及扭转角确保其实际沉放位置与设计沉放位置重合 该系统的使用减小了定位误差的同时实现导管架快速精确定位图 “测量平台”操作界面)在导管架沉贯阶段项目首次引进荷兰 公司国际顶尖的沉贯智能设备采用“单筒单泵”负压下沉工艺及智能化监测系统图 为吸力泵系统布局示意图图中由一个中控室连接客户端电源和水压力传感器水压力传感器可用于测量机位泥面标高同时中控室通过三根脐带缆和三个绞缆盘连接三台吸力泵三台吸力泵分别布置于三个吸力桩上通过中控室分别控制每个导管架筒体顶部的吸力泵实现导管架排气下沉该过程通过中控室监控界面可以实时显示导管架的水平度、筒内外压力差、筒内泥面高度、水泵流量等参数根据实测参数通过吸力泵自动调整 个吸力桩筒内负压力从而调整下沉速率使得导管架始终保持平稳下沉该工艺在保证了复杂地质下导管架的安装精度的同时还有效提高了沉贯施工效率大幅度降低海上施工的整体难度和时间显著减少了施工工期更加高效地利用海上宝贵的施工窗口期)在导管架沉贯和灌浆阶段通过在筒外和溢浆口安装水下摄像头的方式代替潜水员入水观测入泥深度和溢浆情况更加快速地知悉水下施工情况同时降低了潜水员入水风险图 吸力泵系统布局示意图 结 语吸力式导管架基础在海上风电的应用仍属起步阶段长乐 区海上风电场在双“四十”条件下大规模应用三筒吸力式导管架基础进行施工创新实践通过改变导管架运输方式、引用引进具有 系统的大型起重船、采用新型定位系统“测量平台”、引进国际顶尖沉贯设备和安装水下摄像头的施工方法克服了许多施工难点有效提升了施工工效弥补了国内吸力式导管架基础在深远海海上风电领域应用的空白参考文献:许莉 李锋 彭洪兵.中国海上风电发展与环境问题研究.中国人口资源与环境 ():邓柏松 杜学理 吴加文.漳浦深远海海上风电场负压筒测风塔设计关键技术.水电与新能源 ():王强 毛冰晶 王小俊 等.“双碳”背景下福建海上风电的挑战与机遇.海洋开发与管理 ():田伟丽 汪冬冬 高健岳.海上风电项目中导管架基础施工技术综述.中国港湾建设 ():王接班 张凌 卞正伟.三筒吸力桩式导管架基础海运绑扎方案研究.船舶物资与市场 ():林汉城 华宏旭 陈伶翔.三桩吸力筒导管架风机基础建造方案可行性分析.江苏船舶 ():杨春宝 张建民 王睿.海上风电吸力桶基础地震分析.清华大学学报:自然科学版 ():范荣山 张健.深水导管架在海上风电项目的施工方法探讨.水电与新能源 ():胡雪扬 贾小刚 莫伟南.台湾海峡某典型深远海域风电场风机基础选型与优化.水电与新能源 ():朱兴运.吸力锚基础负压沉贯阻力及土塞形成机理研究.大连:大连理工大学